Способ определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения слабопоглощающих материалов

Изобретение относится к оптическйм измерениям и может быть использовано для измерения коэффициентов поверхностного и обьемного поглощения прозрачных и полупрозрачных материалов.Известен способ определения коэффициентов поглощения поглощающих материалов, заключающийся в освещении модулированным излучением помещаемых в оптико-акустическую камеру исследуемого и эталонного образца и сравнения акустических сигналов,Однако этот способ позволяет изучать образцы только с одним видом поглощения: обьемным или поверхностным,Наиболее близким является способ определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения слабопоглощающих материалов с помощью. оптико-акустической камеры, заключающийся в освещении исследуемого и эталон ного образцов модулированным потоком излучения и сравнении акустических сигналов от этих образцов.Акустический сигнал преобразуют с помощью чувствительного микрофона в электрические колебания, которые после усиления поступают на один вход синхронного детектора, На второй вход синхронного детектора поступает опорный сигнал, В оптико-акустическую камеру помещают эталонный образец только с поверхностным поглощением, например слой сажи, нанесенный на подложку. Синхронный детектор настраивают таким образом, чтобы сигнал на выходе его был равен нулю, Затем на два входа синхронного детектора подают опорный сигнал и сигнал с оптико-акустической камеры с изучаемым образцом, имеющим как поверхностное, так и обьемное поглощение, и измеряют выходной сигнал, Так как .составляющие акустического сигнала, вызванные поверхностным и обьемным поглощением. сдвинуты между собой по фазе. то на выходе синхронного детектора будет сигнал. пропорциональный только величине объемного поглощения в образце. После этого в камеру, помещают эталонный образец с известным обьемным поглощением и известными коэффициентами теплопроводности и температуропроводности и измеряют выходной сигнал при той же настройке синхронного детектора.Из сопоставления сигналов по известным зависимостям определяют величину коэффициента обьемного поглощения образца. При этом должны быть заранее известны коэффициенты теплопроводности и температуропроводности образца. Аналогично может быть измерен коэффициент поверхностного поглощения,Для проведения измерений по этомуспособу требуется иметь два эталона с известными оптическими и тепловыми свойствами.Кроме того, для определения коэффициентов поверхностного и обьемного поглощения требуется проводить отдельные измерения. Это увеличивает трудоемкость способа и усложняет эталонное обеспечение способа.Цель изобретения - упрощение и ускорение измерений,Поставленная цель достигается тем, что в способе определения коэффициентов поверхностного и обьемного поглощения слабопоглощающих материалов с помощью оптико-акустическом камеры, заключающемся в освещении исследуемого и эталонного образцов модулированным потоком излучения и сравнении акустических сигналов от этих образцов, измеряют отношение и фазовый сдвиг сигналов от образца и одного эталона только с одним видом поглощения, поверхностным или обьемным, и поэтим двум измерениям определяют коэффициенты поглощения образца,На чертежедана схема установки для проведения измерений поверхностного и объемного поглощения. Установка содержитисточник излучения 1, модулятор 2, оптико-акустическую камеру 3 с образцом 4, микрофон 5,пару светодиод-фотодиод б, широкополосныйпредусилитель 7, два узкополосных усилителя .8, фазометр 9 и цифровой вольтметр 10.Источником излучения 1 служит лампанакаливания. например ОП 12-100, мощностью 100 Бт.Излучение фокусируют на механический модулятор 2, представляющий собойдиск с прорезями, и после прохождения модулятора повторно фокусируют на образец4 в оптико-акустической камере 3, Камера 3соединена с микрофоном 5, преобразующим колебания давления воздуха в камере3 в электрический сигнал. Опорный сигналсоздает пара светодиод-фотодиод 6, размещенная в модуляторе 2. Сигнал с микрофона5 усиливается широкополосным предусилителем 7 и узкополосным усилителем 8.Для измерения фазового сдвига сигнал с микрофона и опорный сигнал подаются после усиления на два входа фазометра 9. Величину сигнала измеряют цифровым вольтметром 10.Коэффициенты объемного и поверхностного поглощения связаны соотношениемпри эталоне только с поверхностным поглбщением или соотношением . ф (1+3) 10ФФазовый сдвиг и величина акустического сигнала однозначно определяются фазовым сдвигом и величиной колебаний температуры на границе обра . ц-газ,Из формулы (4) следует, что, если образец имеет только поверхностное поглоще- ние К 2 Кз а ( 1 +и, если образец имеет тглощение,Я-е по 6) 2 а,1 о т 1 2 К. а, 1, К Кт ерен- иамеия, И зеров,(2 5 ,/2 аИ при эталоне только с объемным поглощением, где 3 о - коэффициент обьемного поглощения образца; 3 П - коэффициент 10 поверхностного .поглощения образца; Ьф-измеренный фазовый сдвиг; аз - ко-, 0 = (Б) эффициент температуропроводности об ая резца; в - угловая .частота модуляцииК дз излучения. Измеряют отношение сигналов и иэ отношения сигналов и отношения коэфолько обьемно фициентов обьемного и поверхностного поглощения определяют величину коэффициентов поглощения. 4- о о, (Ив решения системы.дифференциала 2 р: 2 К,а,11+- - Я-.) ных уравнений теплопроводности для пло-.К а, ского образца и газа в оптико-акустической каме е следуе- ПО,предложенному способУ тРебУетсЯ одинэталон с одним аидом поглощения и извест 25 ными оптическими и теплофизическими ха- Ю ф= - . 1+ ( ) ), (3): . Рактеристиками, .а количество измеренийуменьшается; т,к. оба коэффициента поглогде М- фазовый сдвиг колебаний темпера- щения определяются всего из двух измерен-. туры на границе образец-газ; а величина ных величин: отношения сигналов приколебаний температуры на этой границе 30:"омещении в оптико-акустическую камеру изучаемогообразца и эталона и фазового сдвига между ними.При определении отношения козффи х, -: . циентов поглощения не требуется знать ни а35 величину поглощения эталона, ни его теплов аз,. физические характарФетики.достаточнознать толькокак гнйлощает эталон: вобьеме я о ) 1/2. (4: ипи.на поверхности.а а 240 (66) Ровнет Р, еЖ Оцапбмбче рЬйоасоцзбс где Кз, Кр - коэффициенты теплопроводно- эрестгозсору аррйео тв гйегглау тйсМ с и образца и, газа в камере;, . эаг 1 Рез" оогпа ОГАРРеб РЪузсз, 1980, а1/2,.., ч,51, М 3, р 1738-1742.45 циальный оптико-акустический методо разцу и газу соответственно; о ". интей циальный оптико-акуст чес сивность подводимого излучения ррения малого оптического поглощен Выражения (3) и (4) справедливы, если Р) (4) Раведливы если Всесоюзная конференция Оптика лаЛ. 1982, с.440. фо б 20 + 30 см0Ф о.р и ул з изобретен и я, током излучения и,сравнении акустическихСПОСОБ ОПрядЕЛЕ ия КОЭИ сигналов от этих оЬРазцов, отличающийся ЦИЕНТОВ ПОВЕРХНОСТНО О И ОБЕМ тем, что, с целью упрощения и ускорения НОГОПОГЛОЩЕНИЯизмерений, измеряют отношение и фазо- СЛдБОПОГЛощдащИХ МдтЕРИдЛОВ вый годви с налов от оаца и одного55 помощью оптико-акустической камеры эталона только с одним видом поглощения, поверхностным или обьемным, и поключающийся в освещении исследуемого и. эталонного образцов модулированным и этим двум измерениям определяют коэффициенты поглощения образца.1095783 Составитель А.КузнецоТехред М,Моргентал тор М.Самборская Реда кто Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раувская наб;, 4/5